Особенности скоплений углеводородов в меловых отложениях

Пунанова С.А., Добрынина С.А.


Институт проблем нефти и газа РАН

В представленной работе в продолжение предыдущих исследований по нефтегазоносности мезозойских нефтегазоносных комплексов (НГК) северных регионов Западно-Сибирского нефтегазоносного бассейна (НГБ) охарактеризована масштабность скоплений меловых отложений. Изучены и систематизированы материалы по геологическим запасам углеводородных (УВ) скоплений нижнего и верхнего мела: ачимовского (нижний мел) и верхнего продуктивного комплекса, охватывающего отложения апта, альба и сеномана. Рассмотрены особенности литофациальных характеристик комплексов, типы и катагенетическая превращенность исходного органического вещества (ОВ) пород. Выявлены связи геологических запасов месторождений с основными характеристиками коллектора: его эффективным объемом и фильтрационно-емкостными свойствами (ФЕС). На основе установленных зависимостей оцениваются прогностические критерии обнаружения мегарезервуарных скоплений УВ и необходимые виды исследований.
Введение
Научное обоснование причин распространения разномасштабных по геологическим запасам месторождений УВ сырья Западно-Сибирского НГБ является приоритетной и актуальной задачей на современном этапе восполнения нефтегазовых ресурсов страны. Целью настоящего исследования являются обобщение и критический анализ ранее проведенных исследований по особенностям нижне- и верхнемеловых отложений северных регионов Западной Сибири, включая их фациально-литологическую характеристику, тип и катагенетические особенности исходного ОВ, генерационные возможности и анализ масштабности скоплений и систематизацию связи основных параметров залежи, таких как эффективный его объем и коллекторские свойства — проницаемость и пористость, с величиной геологических запасов. Авторами использованы материалы по геологическим запасам УВ скоплений в меловых НГК Западно-Сибирского НГБ (Государственные балансы полезных ископаемых Российской Федерации по состоянию на 1 января 2022 г.) [1]. Учтены геологические запасы (категорий А+В+С1) в меловых отложениях жидких УВ (нефть+конденсат, тыс. тонн) и газообразных УВ (свободный газ, млн м3). В соответствии с классификацией запасов [2], месторождения по величине начальных запасов (тыс. тонн) расчленяются на 4 группы:
I — мелкие (от менее 5 000–15 000),
II — средние (15 000–60 000),
III — крупные (60 000–300 000),
IV — уникальные (более 300 000). Залежи с запасами более 1 млрд тонн условного топлива относятся к гигантским скоплениям.
Объекты исследования, результаты, обсуждение
Геолого-геохимические особенности ачимовского нефтегазоносного комплекса Ачимовские отложения Западной Сибири, приуроченные к низам нижнемеловых толщ (берриас-нижний валанжин) и распространенные практически на территории всей Западной Сибири, являются перспективным объектом поисков крупных месторождений УВ в Западной Сибири, одним из основных источников восполнения минерально-сырьевой базы страны [3–11]. Неокомский нефтегазоносный комплекс можно охарактеризовать как важнейший среди НГК Западно-Сибирского НГБ. Результаты пересчета потенциальных ресурсов УВ, выполненные в 2003 г. под научным руководством академика А.Э. Конторовича, показали, что на ачимовский НГК приходится 18 % нефти, 10 % газа, 36 % конденсата от начальных суммарных ресурсов УВ региона, контролируемых преимущественно литологическими ловушками. В нем содержится около 35 % суммарных ресурсов УВ, в структуре которых доля нефти в несколько раз превышает долю газа [3]. Площадь распространения ачимовской толщи в пределах Ямало-Ненецкого автономного округа составляет более 200 тыс. кв. км. О большой значимости и перспективности отложений говорит и проведенная на базе компании НОВАТЭК 23–24 мая 2023 года в г. Тюмени геологическая конференция «Перспективы нефтегазоносности ачимовского и юрского комплексов севера Западно-Сибирской НГП», и заявление о необходимости проведения подобной конференции в дальнейшем для расширения площадки для научных и производственных дискуссий.
Для оценки перспективности осадочного разреза НГБ необходим широкий комплекс исследований — геохимических, геоморфологических, палеотектонических, геофизических и др. Именно эти проблемы и были озвучены на конференции.
Ачимовские отложения рассматриваются как самостоятельный НГК, входящий в состав неокомского продуктивного мегакомплекса. Об этом свидетельствует наличие мощной глинистой покрышки, перекрывающей ачимовскую толщу и линзовидное строение ачимовских резервуаров, не имеющих гидродинамической связи с шельфовыми пластами, а также генерационные характеристики нефтегазоматеринских толщ [4, 5]. Большинство нефтегазоперспективных объектов в ачимовской толще представляют собой сложнопостроенные неантиклинальные ловушки, резервуарами для залежей УВ в которых служат литологически-экранированные песчаные пласты. Особенностью ачимовской толщи является значительная протяженность линзовидных тел при относительно быстром их выклинивании. Однако линзовидно-турбидитная глубоководно-морская природа ачимовской толщи до сих пор оспаривается некоторыми геологами.
Для юрских НГК отмечается территориальная приуроченность уникальных и крупных по запасам месторождений УВ к крупным положительным структурным элементам — мега- и мезовалам. Мелкие по запасам залежи тяготеют к сводам и впадинам. Однако в ачимовском комплексе современные тектонические структуры не контролируют распространение разных по запасам УВ скоплений. Уникальность этой толщи и разномасштабность ее залежей обусловлены в основном фациально-литологическим фактором, а именно стратиграфическими, морфологическими и палеобатиметрическими особенностями ачимовских отложений. Степень катагенетического преобразования ачимовских отложений незначительно отличается от вехнеюрских. Градации катагенеза изменяются в основном от слабого (МК1) до умеренного (МК2). Уникальное по запасам и средние газоконденсатнонефтяные (ГКН) месторождения приурочены к зонам МК2 — это центральные и северные районы Надым-Пурской НГО. В юго-восточной части региона, в зоне МК1 встречены средние по запасам нефтяные скопления, а в юго-западной — мелкие [4, 8, 9, 10].
Геолого-геофизические данные существенно дополняют проведенные геолого-геохимические исследования по всему мезозойскому разрезу и, в частности по ачимовскому НГК [5–7]. Так, большое внимание придается анализу седиментационных процессов, которые ответственны за формирование разнообразных клиноформных образований. На основе обобщения большого объема материалов сейсморазведки 2D/3D и бурения получены новые данные о характеристике клиноформных тел и определены поисковые критерии выявления перспективных ловушек УВ разнообразного типа [5].
На рисунке 1 дана детализация строения клиноформного ачимовского комплекса
Ярудейского мегавала, что позволило выделить перспективные ловушки внутри комплекса БН4 и четырех подкомплексов. Показаны их зоны распространения и выклинивания, общие толщины каждого из подкомплексов. В каждом сейсмокомплексе по характерным признакам — «ярким пятнам» на сейсмических разрезах и распределении толщин целевых пластов — выделены предполагаемые зоны развития коллекторов [8–11].
Рис. 1. Строение клиноформного комплекса БН4 по сейсмическим данным, Б — кровля баженовской свиты [11]

По мнению [12], выделение неструктурных ловушек по данным сейсморазведки затрудняется их сложным строением и резкой фациальной изменчивостью. При прогнозе и поисках при этом резко возрастает роль палеогеографических реконструкций на основе комплексирования седиментологических, литогенетических, ихнофациальных, промыслово-геофизических и сейсмических исследований.
Геолого-геохимические особенности верхнего продуктивного комплекса
Причина насыщения мегарезервуаров верхнего продуктивного НГК севера Западной Сибири гигантскими и уникальными запасами УВ сырья объясняется благоприятным сочетанием как геохимических, так и геологических особенностей региона. Это, по данным [13, 14], развитие в разрезе значительной по мощности угленосной толщи верхнего валанжин-сеномана с высоким содержанием ОВ существенно гумусового типа, способной генерировать огромные массы УВ; оптимальная для эффективного газообразования стадия катагенеза — показатель преломления витринита R0 изменяется от 0,40 до 0,55 %; высокая песчанистость разреза и отсутствие в нижнемеловом разрезе мощных, достаточно протяженных глинистых покрышек; новейшее время окончательного формирования газовых скоплений; наличие мощной (500–900 м) турон-олигоценовой покрышки, слабо нарушенной разломами.
На рисунке 2 показаны результаты исследования образцов пород меловых отложений методом Rock-Eval [15].
Рис. 2. Характеристика генерационного потенциала и типа органического вещества меловых отложений [15]

Отмечается, что исследованные породы преимущественно попадают в поле эволюции керогена III типа либо смешанного гумусового-сапропелевого (III–II) типа, угли и углистые разности отложений обладают хорошим и отличным генерационным потенциалом, ОВ подавляющего большинства образцов меловых отложений является незрелым, а его уровень катагенеза не превышает стадии МК11 [15].
Среди упомянутых благоприятных факторов ряд исследователей для объяснения закономерностей размещения гигантских скоплений нефти и газа в верхнем продуктивном комплексе на исследуемой территории придает особенностям геодинамических процессов. Характер распределения мегарезервуаров нефти и газа в верхнем продуктивном комплексе, который объединяет континентальные угленосные и прибрежно-морские фации отложений апта, альба и сеномана, детально прорабатывался нами ранее [4, 9, 16], однако добавление материалов по геологическим запасам за 2022 год внесло некоторые коррективы. На схеме (рис. 3) размещения УВ скоплений в верхнем продуктивном комплексе выделены области развития месторождений-гигантов и области преимущественного развития уникальных по запасам скоплений. На схемe авторы показали также изолинии высот залежей [17].
Рис. 3. Схема размещения месторождений с разной категорией запасов УВ в верхнем продуктивном комплексе. Месторождения по начальным запасам: 1 — гиганты; 2 — уникальные; 3 — граница зоны развития месторождений преимущественно с гигантскими запасами УВ; 4 — зона развития месторождений с уникальными запасами УВ; 5 — изолинии высот залежей в сеномане.

Сопоставление величин высот залежей (по данным [17]) с геологическими запасами свидетельствует об их явной коррелируемости. Очертания выделенных зон, различающихся по категориям запасов, очень близки к изолиниям высот залежей. Зоны максимальных запасов, образующие два центра — Надым-Тазовский и Ямальский, характеризуются залежами с максимальными величинами высот ловушек, которые имели и максимальную глубину погружения. Однако не все месторождения с гигантскими запасами связаны с максимальными высотами ловушек. Показанные на схеме зоны месторождений с гигантскими запасами (например, Харампурское, Северо-Комсомольское, Восточно-Мессояхское), но с меньшими высотами залежей, на данном этапе исследования не объединенные в Уренгойско-Ямбургскую зону, требуют дальнейшей проработки и объяснения необходимых процессов для генерации УВ и образования мегарезервуаров.
Статистические данные масштабности скоплений
Аналогично статистическим исследованиям, приведенным в работе [18], ниже обсуждаются статистические данные распределения масштабности скоплений, сводные данные о коллекторах ачимовских и нижне-верхнемеловых НГК (верхний продуктивный комплекс), а также характеристика связи запасов залежей с эффективным объемом и ФЕС коллекторов (по материалам балансов [1]).
Масштабность скоплений представлена на рисунке 4.
Рис. 4. Частотный график распределения запасов УВ в ачимовском и верхнем продуктивном комплексах — а, б — для ачимовского: а— без учета и б — с учетом фазового состояния; в, г — в верхнем продуктивном комплексе: в — без учета и г — с учетом фазового состояния

Частотные графики масштабности скоплений (для верхнего продуктивного комплекса практически не учтены месторождения с низкими, средними и крупными запасами) свидетельствуют о том, что с увеличением величины запасов количество залежей в ачимовском комплексе убывает, существенна разница в количестве гигантских месторождений двух комплексов (в ачимовском — два месторождения с гигантскими запасами — Уренгойское и Ямбургское, а в верхнем продуктивном комплексе их 12). По фазовому состоянию в ачимовском комплексе встречены нефтяные скопления, тогда как в верхнем продуктивном — практически только газовые и газоконденсатнонефтяные.
В таблице 1 показаны различия в свойствах коллекторов и их эффективном объеме в различных комплексах мела. Отчетливо видно, что верхний продуктивный комплекс обладает по всем категориям запасов существенно большим эффективным объемом, чем ачимовский. И более высокодебитные залежи обладают и большими объемами коллекторов. Максимальны эффективные объемы коллекторов гигантских по запасам скоплений УВ. По средним данным ФЕС отложений ачимовского комплекса отличаются очень низкими величинами вне зависимости от величин запасов, тогда как отложения верхнего продуктивного комплекса характеризуются коллекторами с высокими емкостными свойствами (пористость до 0,3 доли ед., а проницаемость до 0,5 мкм2). В залежах с более высокими запасами отмечена тенденция увеличения ФЕС коллекторов этого комплекса.
Табл. 1. Свойства коллекторов в меловых нефтегазоносных комплексах

На рис. 5, 6 и 7 приведены графики зависимости запасов залежей от эффективного объема коллектора, пористости и проницаемости пластов (линии на графиках — линии тренда).
Рис. 5. Связь геологических запасов УВ с эффективным объемом коллектора в отложениях НГК: а — ачимовского; б — верхнего продуктивного комплекса

Рис. 6. Связь геологических запасов УВ со средней пористостью коллектора в отложениях НГК: а — ачимовского; б — верхнего продуктивного комплекса

Рис. 7. Связь геологических запасов УВ со средней проницаемостью коллектора в отложениях НГК:
а — ачимовского; б – верхнего продуктивного комплекса

Для двух меловых НГК проявляется четкая линейная связь запасов скоплений УВ с эффективным объемом коллекторов, несмотря на значительную разницу в их абсолютных величинах (табл. 1). Если связь запасов УВ для двух комплексов с эффективным объемом коллектора проявляется достаточно четко, то направленная связь с пористостью коллектора отсутствует, при том что изменения показателей самой величины пористости коллекторов не столь существенны. Диапазон изменения величин проницаемости более значителен для верхнего продуктивного комплекса, и зависимость величины запасов в этом комплексе от проницаемости проявляется более наглядно. Характерной особенностью отложений верхнего продуктивного комплекса являются угленасыщенность и высокая песчанистость, которая увеличивается в восточном и северо-восточном направлениях. В среднем на разведанных площадях доля коллекторов составляет 60–75%. Песчано-алевролитовые разности отложений комплекса характеризуются отличными коллекторскими свойствами.
Работа выполнена в рамках плана НИР ИПНГ РАН (тема «Научно-методические основы поисков и разведки скоплений нефти и газа, приуроченных к мегарезервуарам осадочного чехла», номер государственной регистрации 122022800253-3).
Пунанова С.А., Добрынина С.А.

Институт проблем нефти и газа Российской академии наук, Москва, Россия

punanova@mail.ru
Геолого-промысловые характеристики месторождений меловых нефтегазоносных комплексов Западной Сибири: фильтрационно-емкостные свойства пород-коллекторов, их эффективный объем; Государственный баланс полезных ископаемых (ГБЗ ПИ) Газы горючие; Конденсат; Нефть; 2022 год. Статистический анализ связи геологических параметров коллекторов с масштабностью месторождений по запасам для каждого комплекса.
нефть, газ, геологические запасы, мегарезервуары, пористость, проницаемость, верхний продуктивный комплекс, ачимовские отложения, Западная Сибирь
Пунанова С.А., Добрынина С.А. О геолого-геохимических особенностях скоплений углеводородов с разными запасами в меловых отложениях Западной Сибири // Экспозиция Нефть Газ. 2024. № 8. C. 34–40. DOI: 10.24412/2076-6785-2024-8-34-40
15.10.2024
УДК 553.98
DOI: 10.24412/2076-6785-2024-8-34-40

Рекомендуемые статьи
© Экспозиция Нефть Газ. Научно-технический журнал. Входит в перечень ВАК
+7 (495) 414-34-88